JP2001239379A - 高強度超短パルスレーザー加工方法 - Google Patents
高強度超短パルスレーザー加工方法Info
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- B23K26/0624—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam by shaping pulses using ultrashort pulses, i.e. pulses of 1ns or less
Abstract
制御できる高強度超短パルスレーザー加工方法を提供す
る。 【解決手段】 高強度超短パルスレーザー加工方法であ
って、高強度超短パルスレーザーを、吸収係数が10μ
m-1以下の固体状有機化合物に対して単発で照射し、レ
ーザー光の半分が固体状有機化合物10に吸収される領
域の表面層のみが加工されることを特徴とする。
Description
レーザー加工方法に係り、特に高強度のフェムト秒レー
ザーを利用した低分子有機化合物の加工方法に関する。
膜、マイクロリソグラフィー、孔明け加工、エッチング
等があるが、高強度でかつ超短パルスのレーザー(高強
度フェムト秒レーザー)が加工分野への応用として注目
され、金属のレーザーアブレーション、固体表面の改
質、透明誘電体のバルク改質、超精密加工、角膜手術や
細胞融合などの生体への応用がある(応用物理、67.
No.9(1998)、pp.1051〜1055)。
ー加工において、アブレーションしきい値を超えると、
レーザー入力に比例して被加工部位が大きくなる。幅や
面積、又は深さが大となる。従って、所望の寸法を得る
ためには被加工物体へのレーザー入力を厳しく制御する
必要がある。
化合物に対して加工深さを制御できる高強度超短パルス
レーザー加工方法を提供することを目的とする。
成するために、〔1〕高強度超短パルスレーザー加工方
法であって、高強度超短パルスレーザーを、固体状有機
化合物に対して単発で照射し、レーザー光の半分が固体
状有機化合物に吸収される領域の表面層のみが加工され
ることを特徴とする。
レーザー加工方法において、前記固体状有機化合物は吸
収係数がレーザーの波長で10μm-1以下であることを
特徴とする。
レーザー加工方法において、前記表面層は固体状有機化
合物中でレーザー光が均一に吸収される領域であること
を特徴とする。
レーザー加工方法において、前記表面層はレーザー光の
20%以下が固体状有機化合物に吸収される領域である
ことを特徴とする。
レーザー加工方法において、前記固体状有機化合物は低
分子量化合物であることを特徴とする。
レーザー加工方法において、前記固体状有機化合物は芳
香族系固体状有機化合物であることを特徴とする。
レーザー加工方法において、前記高強度超短パルスレー
ザーは高強度フェムト秒レーザーであることをことを特
徴とする。
レーザー加工方法において、前記高強度超短パルスレー
ザーは高強度ピコ秒レーザーであることをことを特徴と
する。
て詳細に説明する。
加工システムの全体構成図である。
はチタンサファイアレーザー(発振部)、3はNd3+Y
AGレーザー、4はチタンサファイアレーザー(チャー
プパルス増幅器)であり、このチタンサファイアレーザ
ー4は、パルス伸張器5、再生増幅器6、パルス圧縮器
7からなる。このパルス圧縮器7からは150フェムト
秒、780nm、3mJの高強度超短パルスレーザーが
出力され、レンズ8を介して、試料台9上の固体状有機
化合物(低分子有機化合物)10に照射される。
プパルス増幅による高出力チタンサファイアレーザーを
用いる。この高出力チタンサファイアレーザーを単発で
照射する。
TDATAベンゼン溶液をガラス板にキャストして作製
したアモルファス膜である。
ルスレーザー加工方法の要部説明図、図3はその試料の
作製工程、試料及び試料の吸収スペクトルを示す図であ
り、図3(a)にその試料の作製工程、図3(b)にm
−MTDATAの構造式、図3(c)に試料の吸収スペ
クトルを示している。
(芳香族系固体状有機化合物)ベンゼン溶液11をガラ
ス板12にキャストして作成した。すなわち、ガラス板
12にm−MTDATAベンゼン溶液11を塗布して、
1〜2日放置した10〜20μm厚さのm−MTDAT
Aを得る。つまり、m−MTDATAベンゼン溶液11
は、アモルファス状に凝縮し、励起波長(780nm)
に吸収はなく、多光子過程により光が吸収されるため、
試料には照射光の一部〔10%以下(最大で20%以
下)〕が吸収されて励起光が均一に吸収される表面層が
エッチングに至る。
ーザーパルス(中心波長780nm、FWHM=150
fs)を試料表面に単発照射し、試料表面の形状変化を
顕微鏡、触針式表面形状測定装置、AFMを用いて観測
した。
70mJ/cm2 であった。
図4の上段の中央に227mJ/cm2 、図4の上段の
右側に287mJ/cm2 の条件で照射した試料表面の
光学顕微鏡像(暗視野証明)を示す。レーザー照射部分
にステップ状にエッチングされた構造がみられ、(図2
において、表面層13Aにステップエッチングが形成さ
れた)各ステップごとにしきい値が観測された。図4の
下段にはそのステップ状にエッチングされた表面層の構
造の模式図が示されている。この場合、しきい値は約1
70mJ/cm2 であった。
で測定した結果、図5及び図6に示すように、各ステッ
プの深さは、照射光強度に依存せずほぼ一定(1ステッ
プあたり200〜250nm)であった。図7のAFM
の測定結果より、その各ステップの荒れは数nm程度で
レーザー未照射部と同程度に平らであった。m−MTD
ATAは780nmに吸収をもたないため、表面形状の
変化は多光子過程によるものであると考えられる。
DATA)のフェムト秒レーザーアブレーションにおい
て、ステップ状の表面エッチングが観測された(780
nm励起)。そして、ステップ数は照射光強度に依存す
る。1ステップあたり約250nm、エッチングされた
部分は約10nmのオーダーで平坦であった。
8(A)に示すサビニルブルー(商品名)[正式にはt
etra−〔N−(2−ethylhexyyl)−s
ulfamoyl〕−substituted Cu−
phthalocyanine]:銅フタロシアニン環
にアルキル鎖が4本配位した銅フタロシアニン誘導体固
体もしくは、アモルファス状に凝縮する非結晶性の銅フ
タロシアニン誘導体固体約600nmを用いて、第1実
施例と同様にフェムト秒レーザーアブレーションを行っ
た。図9に示すように、この試料でも、エッチング深さ
がステップ状に変化した(しきい値以上でエッチデプス
がステップ状に変化した)。
ーを、レーザーの波長で吸収係数が10μm-1以下の固
体状有機化合物に対して単発で照射し、レーザー光の半
分がこの固体状有機化合物に吸収される領域の表面層の
最大20%以下(主に、最大10%以下)が加工され
る。
化合物の芳香環に吸収される100nm以上の深さが一
斉、つまり均一かつ同時に形状変化に至ろうとする結
果、図2から明らかなように、照射光強度の増加に伴い
表面層がステップ状にエッチングされる。
〔1/10(μm-1)=100(nm-1)〕である。
される250ピコ秒、780nm、3mJの超短パルス
レーザーを用いて、第1実施例と同様にピコ秒レーザー
アブレーションを行った。この場合でも、エッチング深
さがステップ状に変化した。
タロシアニン膜〔図8(B)の真空蒸着膜〕〕を用い
て、第1実施例と同様にピコ秒レーザーアブレーション
を行った。銅フタロシアニン膜は粒径が100nm以下
の微結晶の集合体である(AFMにより実測されてい
る)。
状に変化した。
のではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能
であり、これらを本発明の範囲から排除するものではな
い。
れば、以下のような効果を奏することができる。
を制御できる高強度超短パルスレーザー加工方法を得る
ことができる。
ト毎の照射光強度により略一定の深さのエッチングを行
うことがでる。
ムの全体構成図である。
ー加工方法の要部説明図である。
び試料の吸収スペクトルを示す図である。
ング状態を示す図である。
ーのステップによるエッチング深さを示す図である。
ーの照射光強度とエッチング深さを示す図である。
AFMの測定結果を示す図である。
ルー(A)と銅フタロシアニン(B)の化学式を示す図
である。
ーの照射光強度とエッチング深さを示す図である。
器) 5 パルス伸張器 6 再生増幅器 7 パルス圧縮器 8 レンズ 9 試料台 10 固体状有機化合物 11 m−MTDATAベンゼン溶液 12 ガラス板 13 アモルファス膜
Claims (8)
- 【請求項1】高強度超短パルスレーザーを、固体状有機
化合物に対して単発で照射し、レーザー光の半分が固体
状有機化合物に吸収される領域の表面層のみが加工され
ることを特徴とする高強度超短パルスレーザー加工方
法。 - 【請求項2】 請求項1記載の高強度超短パルスレーザ
ー加工方法において、前記固体状有機化合物は吸収係数
がレーザーの波長で10μm-1以下であることを特徴と
する高強度超短パルスレーザー加工方法。 - 【請求項3】 請求項1記載の高強度超短パルスレーザ
ー加工方法において、前記表面層は固体状有機化合物中
でレーザー光が均一に吸収される領域であることを特徴
とする高強度超短パルスレーザー加工方法。 - 【請求項4】 請求項1記載の高強度超短パルスレーザ
ー加工方法において、前記表面層はレーザー光の20%
以下が固体状有機化合物に吸収される領域であることを
特徴とする高強度超短パルスレーザー加工方法。 - 【請求項5】 請求項1記載の高強度超短パルスレーザ
ー加工方法において、前記固体状有機化合物は低分子量
化合物であることを特徴とする高強度超短パルスレーザ
ー加工方法。 - 【請求項6】 請求項5記載の高強度超短パルスレーザ
ー加工方法において、前記固体状有機化合物は芳香族系
固体状有機化合物であることを特徴とする高強度超短パ
ルスレーザー加工方法。 - 【請求項7】 請求項1記載の高強度超短パルスレーザ
ー加工方法において、前記高強度超短パルスレーザーは
高強度フェムト秒レーザーであることをことを特徴とす
る高強度超短パルスレーザー加工方法。 - 【請求項8】 請求項1記載の高強度超短パルスレーザ
ー加工方法において、前記高強度超短パルスレーザーは
高強度ピコ秒レーザーであることをことを特徴とする高
強度超短パルスレーザー加工方法。
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